| 研究課題/領域番号 |
21K14426
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
寺本 武司 神戸大学, 工学研究科, 助教 (10781833)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 形状記憶合金 / マルテンサイト変態 / 内部応力 / マイクロメカニクス / 転位 / βチタン形状記憶合金 / マルテンサイト変態過程 / 自己調整組織 / 組織形成過程 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
形状記憶合金は小型・ハイパワーな高性能アクチュエータ材料としての応用が期待されているが，繰り返し動作により内部に構造欠陥が蓄積し機能劣化を生じることが問題となっている.しかし構造欠陥の発生機構は十分に理解されているとは言えない.本課題では形状記憶合金駆動時に生じるマルテンサイト変態過程において必然的に内部構造に発生する応力集中とそれに伴う構造欠陥発生メカニズムを解明する．さらに合金の格子定数を制御することで発生する内部応力を制御し，形状記憶合金動作時に発生する構造欠陥を低減することにより，繰り返し使用時の機能劣化を抑制した高性能アクチュエータ材料を創生する材料設計手法を示す．
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| 研究実績の概要 |
本研究ではマルテンサイト変態過程において発生する転位を抑制し，形状記憶合金の耐用寿命を向上させる材料設計原理を示すことを目的とし実施された．研究当初は母相からマルテンサイト変態によりマルテンサイト相の形成がある程度進んだマルテンサイト変態後期過程において成長してきたマルテンサイトバリアント同士が衝突する結晶界面において転位が発生することを予測していたが，組織観察により転位は個々のバリアント周囲に発生することが示唆された．そのため応力集中箇所を明確にし転位の発生メカニズムを詳細に理解するためにマイクロメカニクスを用いて個々のマルテンサイトバリアント周囲に発生する応力場の解析を実施した．βチタン形状記憶合金のα''マルテンサイト相における解析では応力場はマルテンサイトバリアント形成時の変態ひずみに関連する格子定数だけでなく，母相とマルテンサイト相の弾性率に大きく依存することが示唆された．最終年度ではより組織形成過程と発生した転位についてより詳細な研究が多数報告されているTiNi形状記憶合金のB19'マルテンサイト相を対象とし，相変態により発生する転位と内部応力の関係についてマイクロメカニクスにより調査した．実際に観察された転位のすべり系と転位形成時の弾性相互エネルギー解析の結果から，相変態時に発生する転位はマルテンサイトバリアント形成時に発生する弾性ひずみエネルギーを最も効率的に解消するすべり系であることが分かった．また対応するすべり系に対応する分解せん断応力を小さくし転位の発生を抑制するためには母相とマルテンサイト相の弾性異方性の差を小さくすることが効果的であることが示唆された．
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